Mathematical modeling of a thermally coupled fuel cell and metal hydride hydrogen storage tank system
Isıl olarak birleştirilmiş yakıt pili ve metal hidrit hidrojen depolama tankı sisteminin matematiksel modellenmesi
- Tez No: 902547
- Danışmanlar: PROF. DR. CAN ÖZGÜR ÇOLPAN, DOÇ. DR. MEHMET AKİF EZAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Makine Mühendisliği, Energy, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Dokuz Eylül Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Termodinamik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 99
Özet
Bu çalışma, metal hidrür tankının pasif ve aktif termal yönetim metotlarını incelemek için iki yaklaşım kullanmaktadır. Metal hidrür tankının detaylı bir eksenel simetrik matematiksel modeli MATLAB kullanılarak geliştirilmiştir. Metal hidrür modelinin absorbsiyon ve desorpsiyon süreçleri doğrulandıktan sonra, faz değişim malzemesinin (FDM) erime fiziği modele dahil edilmiştir. Tezin ilk bölümünde, absorpsiyon süreci sırasında pasif termal yönetimi incelemek için FDM, metal hidrür tankının dış yüzeyine sarılmıştır. Absorpsiyon süreci sırasında hidrür ağırlık oranı, tank sıcaklığı, FDM sıvı oranı ve FDM erime hızındaki değişiklikleri incelemek için parametrik simülasyonlar gerçekleştirilmiştir. Tezin ikinci bölümü, bir aracın menzilini uzatmak için yakıt hücresinin bir metal hidrür tankı ile termal olarak birleştirilmesini incelemektedir. Amacı, yakıt hücresinden tanka atık ısının transfer edilmesiyle aktif termal yönetimin etkisini analiz süresi ve tank performansı üzerinde değerlendirmektir. Entegre sistem modeli MATLAB-Simulink ortamında geliştirilmiş olup, yakıt hücresinin güç talep karakteristikleri modele dahil edilmiştir. Bu çalışmada dört senaryo ele alınmıştır: termal olarak bağlı ve bağımsız MH tankı/yakıt hücresi entegre sistemleri ile sıcaklık ve hidrojen akış kontrolcüsüne sahip sistemler. Tank geometrilerinin, çevre sıcaklıklarının ve taşınım ısı transfer katsayılarının tank sıcaklıkları ve aracın menzilleri üzerindeki etkilerini değerlendirmek için parametrik analizler yapılmıştır. Senaryo-1 ile karşılaştırıldığında sırasıyla Senaryo-2, 3 ve 4'ün analiz sürelerinde %16, %126 ve %190'lık bir artış olduğu ve hidrojen akış kontrolcüsünün, sistemin menzili üzerinde yakıt hücresinin atık ısısından daha önemli bir etkiye sahip olduğu gözlemlenmiştir.
Özet (Çeviri)
This study examines a metal hydride tank's (MH) behavior through passive and active thermal management methods. A detailed one-dimensional axis-symmetric mathematical model of the metal hydride tank was developed using MATLAB. After validating the absorption and desorption processes of the metal hydride model, the melting physics of the phase change material (PCM) was included in the model. In the first part of the thesis, PCM was wrapped on the external surface of the metal hydride tank to investigate passive thermal management during the absorption process. Parametric simulations were carried out to examine the variations in hydride weight fraction, tank temperature, PCM liquid fraction, and PCM melting rate under various design and operational conditions during the absorption process. The second part of the thesis investigates the thermal coupling of a fuel cell with a metal hydride tank to extend a vehicle's driving range. The objective is to evaluate the impact of active thermal management by transferring waste heat from the fuel cell to the tanks on analysis duration and tank performance. The integrated system model was developed in the MATLAB-Simulink environment and the power demand characteristics of the fuel cell were defined in the model. This study considers four scenarios: thermally coupled and decoupled fuel cell-MH tank integrated systems and systems with temperature and hydrogen flow controllers. Parametric analyses were conducted to evaluate the effects of tank geometries, ambient temperatures, and convective heat transfer coefficients on the tank temperatures and ranges of the vehicle. Compared to Scenario-1, it was observed that the analysis times for Scenarios 2, 3, and 4 increased by 16%, 126%, and 190%, respectively, and that the hydrogen flow controller had a more significant impact on the system's range than the exhaust air from the fuel cell.
Benzer Tezler
- Mathematical modeling of NOx and soot emissions for diesel engines
Dizel motorlarda NOx ve is emisyonlarının matematiksel modellenmesi
RÜŞTÜ TAYLAN YARAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CEM SORUŞBAY
- Modeling of catalytic plate reactors for fuel processor systems
Yakıt işlemci sistemleri için katalitik plaka reaktörleri modellemesi
RAFET MURAT KIRÇIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2009
Kimya MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. AHMET ERHAN AKSOYLU
PROF. ZEYNEP İLSEN ÖNSAN
- Partikül yüklü, eş eksenli iki jet için karışma ve yanma modeli
A Mixing and combustion model for particle-laden confined coaxiol jets
METİN ERGENEMAN
- Laboratuvar ölçekli yeraltında kömür gazlaştırma reaktörünün hesaplamalı akışkanlar dinamiği ile yapay gaz üretiminin analizi
Computational fluid dynamics analysis of syngas production from an ex-situ underground coal gasification reactor
ENGİN DENİZ CANBAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MESUT GÜR
- Cam fırını yan duvar refrakterinde oluşan korozyon ve sıcaklıkların sayısal olarak hesaplanması ve deneysel değerlerle karşılaştırılması
Başlık çevirisi yok
MAHMUT AYDIN
Doktora
Türkçe
1998
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim Dalı
PROF. DR. E. TANER ÖZKAYNAK